沈軍 中國(guó)鐵路上海局集團(tuán)有限公司上海機(jī)輛段

1 背景

目前CR200J動(dòng)車組動(dòng)力車輪對(duì)驅(qū)動(dòng)軸箱軸承故障時(shí)，只能采用使用大型救援列車進(jìn)行起吊移位或走行部故障救援專用懸輪裝置（俗稱“溜冰鞋”）進(jìn)行救援，耗費(fèi)人力、救援工作量較大，對(duì)運(yùn)輸造成巨大影響。上海機(jī)輛段現(xiàn)有一套用于機(jī)車軸箱軸承拆卸和安裝的維修裝備，由于體積重量巨大、安裝接線復(fù)雜、場(chǎng)地使用受限以及設(shè)備攜帶不方便等原因不適用于機(jī)動(dòng)調(diào)配和現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行應(yīng)急救援，為此研制一套動(dòng)力集中動(dòng)車組動(dòng)力車輪對(duì)驅(qū)動(dòng)軸箱軸承故障專用救援設(shè)備，以解決CR200J動(dòng)車組動(dòng)力車在運(yùn)行途中發(fā)生走行部軸箱軸承故障后的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急救援，進(jìn)一步提升機(jī)務(wù)系統(tǒng)相關(guān)機(jī)型走行部故障時(shí)的應(yīng)急搶修能力，以降低發(fā)生故障對(duì)鐵路運(yùn)輸秩序影響。

2 原理

應(yīng)急搶修裝置的固定裝置預(yù)緊后能保證軸承處于固定中心上，通過液壓機(jī)帶動(dòng)液壓油缸產(chǎn)生拉力和壓力，保證軸承直線運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)軸承受力均勻的壓入或拉出而不會(huì)因?yàn)槠茖?dǎo)致軸承或者軸的損傷。液壓裝置可以遙控控制，保證油缸在行程內(nèi)以均勻的速度將軸承壓入或者拉出安裝軸。

2.1 安裝方式

根據(jù)CR200J動(dòng)車組動(dòng)力車輪對(duì)驅(qū)動(dòng)軸箱軸承固死故障處置分析，救援主要涉及軸承的拆卸和安裝，輪對(duì)驅(qū)動(dòng)軸箱軸承實(shí)際采用過盈配合，涉及過盈配合安裝方式分為三種。

2.2 靜力壓入法

機(jī)械零部件過盈配合中的靜力壓入法，是根據(jù)聯(lián)軸器的不同特點(diǎn)，來選擇最合適的使用方式，靜力壓入法主要應(yīng)用于軸與連軸承之間，幫助其更好地進(jìn)行配合，并且借助一定的工具，如虎鉗、千斤頂?shù)?，然后采用人工輔助、機(jī)械輔助、液壓等方式為其提供動(dòng)力源，達(dá)到實(shí)現(xiàn)零部件的過盈連接。

2.3 動(dòng)力壓入法

動(dòng)力壓入法主要是在過盈量較小的狀態(tài)。若運(yùn)用動(dòng)力壓入法，還需要沖擊工具的配合。沖擊工具的種類沒有限制，可以采用手動(dòng)沖擊或機(jī)械沖擊等工具對(duì)中遠(yuǎn)程進(jìn)行裝配與敲擊。動(dòng)力壓入法的特點(diǎn)就是在工具與零部件接觸的過程中，運(yùn)用動(dòng)力壓入法，需要找一個(gè)緩沖物，如沖子、墊木等作為介質(zhì)，這種方式操作方便。

2.4 溫差配裝法

溫差配裝法的主要工作原理是由于零部件的制作材料不同，所以使得零部件的熱脹冷縮率不同，因此，對(duì)機(jī)械零部件進(jìn)行配裝時(shí)，可以利用溫度使零部件進(jìn)行熱脹或者冷縮的特性，使零部件達(dá)到機(jī)械裝配所需要的“容易裝配值”，使零部件在安裝過程中，不需要再借助機(jī)械的作用，只需要較小的力，就可以將零部件安裝到機(jī)械中，提高機(jī)械零部件的裝配效率。

通過查詢圖紙和實(shí)際測(cè)量，160 km/h動(dòng)車組的軸承公差完全可以選擇壓裝的方式。

3 理論計(jì)算

壓裝方式裝配需要計(jì)算出壓裝時(shí)的壓力大小以此作為詳細(xì)設(shè)計(jì)的技術(shù)指標(biāo)?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)量軸承相關(guān)數(shù)據(jù)作為計(jì)算依據(jù)：

數(shù)據(jù)計(jì)算表1所示，根據(jù)計(jì)算數(shù)據(jù)：軸承裝配時(shí)最大壓力要求為288 kN。

表1 壓力大小計(jì)算

在軸承拆卸時(shí)壓力會(huì)隨著軸承拔出的越多至完全拔出，壓力從288 kN逐漸下降到零。軸承壓入時(shí)壓力從零到完全裝入升高到288 kN。鑒于以上我們選擇的液壓裝置產(chǎn)生壓力需要≥288 kN。

4 詳細(xì)設(shè)計(jì)

4.1 拉拔裝備設(shè)計(jì)

拉拔裝置由液壓機(jī)，液壓油缸和固定裝置三部分組成，如圖1所示。液壓機(jī)采用小型遙控式液壓機(jī)，最大壓力可達(dá)450 kN。液壓油缸采用自主研發(fā)小型高強(qiáng)度油缸，重量輕，可承壓力大。固定裝置為鋁合金和高強(qiáng)度合金鋼加工而成，經(jīng)過強(qiáng)度仿真，最大承受壓力為500 kN。滿足使用要求，保證設(shè)計(jì)冗余，同時(shí)設(shè)備本身總重量控制在50 kg，方便安裝搬運(yùn)。

圖1 拉拔裝置

4.2 吊車設(shè)計(jì)

吊車采用可折疊式吊車，能夠快速折疊和展開，用于軸承座拆卸和安裝時(shí)的吊裝。承重要求200 kg。

4.3 運(yùn)輸小車設(shè)計(jì)

運(yùn)輸小車設(shè)計(jì)可以承重5 t，尺寸控制在皮卡車廂尺寸范圍內(nèi)，自身重量20 kg以內(nèi)。運(yùn)輸小車輪子采用高強(qiáng)度聚四氟乙烯，具有良好絕緣性能，可以同時(shí)用于公路和鐵路鐵軌上行駛。

5 技術(shù)特點(diǎn)

5.1 熱裝變?yōu)槔溲b

將原先熱裝工序改為冷裝工序，工序得到縮減，簡(jiǎn)化了操作難度，減少了救援時(shí)間，避免了加熱等危險(xiǎn)工序環(huán)節(jié)。

5.2 輕量化設(shè)計(jì)

整套拆卸裝備總重量控制在50 kg以內(nèi)，每個(gè)零部件重量控制在30 kg以內(nèi)，方便現(xiàn)場(chǎng)人員安裝和使用。行走救援裝備在2人配合情況下即可使用，安裝方便簡(jiǎn)易，對(duì)人員操作要求降低且能將應(yīng)急搶修時(shí)間控制在1 h～2 h以內(nèi)完成故障軸承的拆卸和新軸承的替換安裝。

5.3 設(shè)備安全性高

要求設(shè)備有較高安全性，無危險(xiǎn)性設(shè)備和裝置，提高人員操作時(shí)的安全，保障人員人身安全。

5.4 設(shè)備環(huán)保，可重復(fù)使用

設(shè)備內(nèi)部無滴漏拋灑等或者使用殘留物等對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染的物質(zhì)，同時(shí)要求設(shè)備無電磁等人體產(chǎn)生輻射物質(zhì)。設(shè)備材料采用鋼鋁結(jié)合材料，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度遠(yuǎn)大于使用要求，可以多次重復(fù)使用，節(jié)約成本，減少設(shè)備浪費(fèi)。

5.5 設(shè)備效率高

目前全局對(duì)于機(jī)車輪對(duì)故障的處理方式為現(xiàn)場(chǎng)割除輪對(duì)彈簧，吊裝使輪對(duì)離地，緩慢行駛至機(jī)輛段后，拆卸出輪對(duì)，更換軸承。采用救援裝備后即可現(xiàn)場(chǎng)更換軸承，更換后即可正常運(yùn)轉(zhuǎn)。對(duì)鐵路運(yùn)輸效率有極大提升，同時(shí)節(jié)約維修時(shí)間和成本。

6 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

2020年7 月及2022年8月分別在上海機(jī)車檢修段、上海機(jī)輛段進(jìn)行了兩次機(jī)車軸箱軸承的拆卸組裝演練試用，該搶修設(shè)備能滿足設(shè)計(jì)需求，其操作使用方便、快捷、安全，且不損壞機(jī)車其他配件。還配備了運(yùn)輸小車，可根據(jù)工作需要隨意移動(dòng)工作位置，既可在檢修庫內(nèi)作業(yè)，又可在庫外、整備線作業(yè)，如有事故救援需要，還可到達(dá)事故現(xiàn)場(chǎng)開展救援工作。該裝置在機(jī)務(wù)系統(tǒng)檢修部門和救援部門的推廣應(yīng)用，具有巨大的實(shí)用價(jià)值。

7 結(jié)束語

隨著CR200J動(dòng)車組在我段投入運(yùn)用的實(shí)際情況，該搶修裝置投入使用后，解決了現(xiàn)有技術(shù)條件下CR200J動(dòng)車組動(dòng)力車救援工作難題，相關(guān)設(shè)備不受救援場(chǎng)地、天氣情況等條件限制，確保列車運(yùn)行途中發(fā)生CR200J動(dòng)車組動(dòng)力車輪對(duì)驅(qū)動(dòng)軸箱軸承故障后應(yīng)急有備、搶修迅速、處置得當(dāng)，實(shí)現(xiàn)營(yíng)運(yùn)線路以最短時(shí)間開通。該裝置的研發(fā)填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)動(dòng)力集中動(dòng)車組動(dòng)力車走行部軸箱軸承固死等故障后應(yīng)急救援設(shè)備的空白，提升運(yùn)用應(yīng)急安全管理水平，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益明顯，推廣應(yīng)用前景良好。